极端相对论近似光子光的波粒二象性普朗克常量.PPT

* 18-1 伽利略变换关系 牛顿的绝对时空观 18-2 迈克尔孙-莫雷实验 18-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换 18-4 狭义相对论的时空观 18-6 相对论的动量和能量 18-7 广义相对论简介 第十八章 相对论 教材：下册P179～P217。 一 同时的相对性 18-4 狭义相对论的时空观 二 长度的收缩 相对论第二讲 三 时间的延缓 一 动量与速度的关系 18-6 相对论性动量和能量 二 狭义相对论力学的基本方程 三 质量与能量的关系 18-7 广义相对论性简介 一 广义相对论的等效原理 二 广义相对论时空特性的几个例子 一 同时的相对性 18-4 狭义相对论的时空观 1 事件位置和时间的测量 ⑵ 局域测量 ⑴ 事件：相对论中的事件是指一个物理现象或物理 状态。 例如：一次雷击、一次闪光、一质点于某时刻运动到某处、两粒子的一次碰撞、基本粒子的一次产生或湮灭。 事件1：车厢后壁接收器接收到光信号。 事件2：车厢前壁接收器接收到光信号。 2 同时的相对性 事件2 S?系(车厢参考系) S系(地面参考系) 事件1 ① 事件1、事件2发生在S?系同时不同地点。 则在S系观察到这两事件不同时间，即： 这表明：沿两个惯性系运动方向，不同地点发生的两个事件，在其中一个惯性系中是同时的，在另一惯性系中观察则不同时，所以同时具有相对意义。 ② 事件1、事件2发生在S?系同时同地点。 则在S系观察到这两事件发生在相同时间，即： 这表明：只有在同一地点， 同一时刻发生的两个事件，在其他惯性系中观察也是同时的。 二 长度的收缩 在S?系中测量： l?=x2?- x1?=l0? 标尺相对S?系静止于o? x? 轴。 在S系中测量标尺长度，要求t1=t2,而l=x2- x1 利用洛伦兹变换式有： 长度测量的定义：对物体两端坐标的同时 测量 ，两端坐标之差就 是物体长度。 长度收缩是一种相对效应，此结果反之亦然。 上列两式相减得： 原长(也称静长或固有长度)：棒相对观察者静止时测得的它的长度。(原长最长) 洛伦兹收缩：物体在运动方向上长度收缩 当β1时，l≈l0 例1 设想有一光子火箭，相对于地球以速率v=0.95c飞 行，若以火箭为参考系测得火箭长度为15m，问以 地球为参考系，此火箭有多长 ？ 解： 火箭参考系为S?系 固有长度 地面参考系为S系 例2 一长为1m的棒静止地放在o? x? y? 平面内，在S? 系 的观察者测得此棒与o? x? 轴成45°角，试问从S系的 观察者来看，此棒的长度以及棒与ox 轴的夹角是多 少？设想S?系相对S系的运动速度  沿ox轴相对S系运动。 解：在S?系 S?系沿oy轴相对于S系的速度为零 S系中棒长沿ox轴分量为： 棒与ox轴的夹角为： 运 动 的 钟 走 得 慢 三 时间的延缓 S?系同一地点B发生两事件: 发射一光信号 接受一光信号 时间间隔: 在 S系中观测两事件 B 固有时间：一参考系中同一地点先后发生的两事件的时间间隔。△t△t? =△t0 ，也称为原时。显然原时最短。 时间间隔: 时间延缓：运动着的钟走慢了。又称为时间膨胀。时间延缓是一种相对效应。 当vc时，△t≈△t? =△t0 时间膨胀效应早已被实验所证实。 ⑴ 两个事件在不同的惯性系看来，它们的空间关系是相对的，时间关系也是相对的，只有将空间和时间联系在一起才有意义。 时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的进程。(例如新陈代谢、放射性的衰变、寿命等。) 四 狭义相对论的时空观 ⑵ 时—空不互相独立，而是不可分割的整体。 ⑶ 光速c是建立不同惯性系间时空变换的纽带. 例3 设想有一光子火箭以v=0.95c 速率相对地球作直线 运动，若火箭上宇航员的计时器记录他观测星云用 去10min ,则地球上的观察者测得此事用去多少时间？ 运动的钟似乎走慢了. 解:设火箭为S? 系、地球为S系 牛顿定律与光速极限的矛盾 物体在恒力作用下的运动 经典力学中物体的质量与运动无关 1 相对论动量 一 动量与速度的关系 18-6 相对论性动量和能量 牛顿力学中，质点m的动量为： 狭义相对论中，按照相对性原理和洛伦兹速度变换式，有相对论性动量表达式： m不随物体的运动状态而变，动量守恒定律在伽利略变换下对一切惯性系都成立。 质量m与速度v有关，在不同惯性系中大小不同。 当 时 动量表达式中m称为相对性质量。m0称为静质量 静止质量即物体相对于惯性系静止时的质量。 2 相对论质量 对于光子，速度为c，而m又不可能为无限大，所以光子的静止质量m0=0 称为质速关系式。 二 狭义